Эволюция представлений об основных законах жизни

Действительно, в живых (открытых) системах стационарное состояние соответствует минимальному производству энтропии. Физический смысл производства энтропии применительно к живым системам заключается в отмирании живой материи в форме гибели организмов, т. е. образованию мертвой массы («мортмассы»), и производство энтропии тем выше, чем выше отношение мортмассы к биомассе. Это отношение падает при движении по эволюционной лестнице от простых организмов к сложным. Согласно теореме И. Пригожина, рассмотренной нами ранее, в открытых системах стационарное состояние соответствует минимуму производства энтропии. Такие системы, следовательно, имеют цель, определенное состояние, к которому они стремятся. Это позволяет объяснить, почему эволюция не остановилась на уровне бактериальных сообществ, а продвинулась дальше по пути, который привел к появлению высших животных и человека.

Раскрытие генетического кода и установление закономерностей молекулярной биологии показали необходимость соединения современной генетики и дарвиновской теории эволюции. Так родилась новая биологическая парадигма — синтетическая теория эволюции (СТЭ), которую можно рассматривать уже как неклассическую биологию. И хотя до настоящего времени не создана физическая модель эволюции в СТЭ, могут быть использованы синергетические идеи развития сложных самоорганизующихся систем и квантовые принципы. В частности, в активизации процессов самоорганизации и усложнении структуры живого организма состоит суть его эволюции. Причем эта самоорганизация в биологических объектах происходит с непревзойденными точностью, эффективностью и скоростью и тем самым является характеристикой эволюции живой природы.

Современные представления о происхождении жизни восходят к гипотезам советского академика А. И. Опарина (1923 год) и английского естествоиспытателя Джона Скотта Холдейна (1929 год). С самого начала процесс появления жизни был связан с геологической эволюцией. В настоящее время принято считать, что возраст нашей планеты составляет примерно 4,3 млрд лет. В далеком прошлом Земля была очень горячей (4000−8000 °С). По мере остывания образовывалась земная кора, а из воды, аммиака, двуокиси углерода и метана — атмосфера.

Такая атмосфера называется «восстановительной», поскольку не содержит свободного кислорода. При падении температуры на поверхности Земли ниже 100 °C образовались первичные водоемы. Под действием электрических разрядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси происходил синтез органических веществ-мономеров, которые локально накапливались и соединялись друг с другом, образуя полимеры. Можно допустить, что тогда же одновременно с полимеризацией шло образование надмолекулярных комплексов-мембран.

По однотипным правилам синтезировались в «первичном бульоне» гидросферы Земли полимеры всех типов: аминокислоты, полисахариды, жирные кислоты, нуклеиновые кислоты, смолы, эфирные масла и др. Это предположение было проверено экспериментально в 1953 году на установке Стэнли Миллера, которому удалось получить многие вещества, имеющие важное биологическое значение, в том числе ряд аминокислот, аденин и простые сахара. Позднее в сходном эксперименте были синтезированы нуклеотидные цепи длиной в шесть мономерных единиц (простые нуклеиновые кислоты).

Органические вещества скапливались в сравнительно неглубоких водоемах, прогреваемых Солнцем. Солнечное излучение доносило до поверхности Земли ультрафиолетовые лучи, которые в наше время сдерживаются озоновым слоем атмосферы. Так энергией обеспечивалось протекание химических реакций между органическими соединениями и синтез полимеров. Молекулы воды, смачивая только гидрофильные концы молекул жиров, ставили их как бы «на голову», гидрофобными концами вверх. Таким способом создавался комплекс упорядоченных молекул жиров, которые за счет прибавления к ним новых молекул постепенно отграничивали от всей окружающей среды некоторое пространство, которое и стало первичной клеткой, или коацерватом — пространственно обособившейся целостной системой.

Коацерваты оказались способными поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечивало возможность первичного обмена веществ со средой. Таким образом, первичная клеточная структура, по Опарину, представляла собой открытую химическую микроструктуру, которая была наделена способностью к первичному обмену веществ, но еще не имела системы для передачи генетической информации на основе нуклеиновых кислот. Такие системы, черпающие из окружающей среды вещества и энергию, могут противостоять нарастанию энтропии и способствовать ее уменьшению в процессе своего роста и развития, что является характерным признаком всех живых систем. Концепция А. И. Опарина [10] в научном мире весьма популярна. Сильной ее стороной является точное соответствие теории химической эволюции, согласно которой зарождение жизни — закономерный результат. Аргументом в пользу этой концепции служит возможность экспериментальной проверки ее основных положений в лабораторных условиях.

Слабой стороной концепции А. И. Опарина является допущение возможности самовоспроизведения коацерватных структур в отсутствие систем, обеспечивающих генетическое кодирование. В рамках концепции Опарина не решена главная проблема — о движущих силах саморазвития химических систем и перехода от химической эволюции к биологической, о причине таинственного скачка от неживой материи к живой.

Подобно всем другим организмам человек тоже эволюционировал. Предполагают [], что эволюция от примитивных насекомоядных животных до человека современного происходила в течение нескольких периодов развития Земли начиная от верхнемелового периода. В четвертичном (современном) периоде ранний австралопитек эволюционировал в человека умелого, затем в человека выпрямленного, затем в архаического и после этого появились мы такие, как есть. Превращение человека умелого в современного, по разным данным, составило более 3,5 млн. лет.

Таким образом, на современном этапе развития науки, можно говорить о том, что биология, базируясь на современных взглядах физики и химии, эволюционировала. Молекулярная биология показала, что живые организмы в деталях своего строения не опровергает законов физики. Все, что известно сейчас о законах жизни обосновывается физическими представлениями физики на уровне квантовой теории поля. Желание понять основные законы жизни и дальнейшую их эволюцию возможно при исследовании общих закономерностей живой и неживой природы.

1850 1900 1950 2000

Физика Квантовая теория поля Квантовая механика Релятивистская физика Классическая физика Космология Модель вздувающейся вселенной Модель «горячей» Вселенной Релятивистские модели Классические модели Химия Неклассическая квантовая химия Классическая химия Геология Неклассическая геология, теория глобальной эволюции Земли Классическая геология Биология Популяционно-генетичекский подход Синтетичекая теория эволюции Менделизм Дарвинизм

Список литературы

Канке В. А. Основные философские наблюдения и концепции науки. Итоги 20 века. М.: Логос, 2000.

Канке В. А. Концепции современного естествознания. учебник дя вузов. М.: Логос, 2002.

Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983.

Рузавин Г. И. Концепция современного естествознания. М.: 1999.

Новиков И. Д. Эволюция Вселенной. М.: Наука, 1990.

Кузнецов В. И. Оющая химия. Тенденции развития. М. 1989.

Биология. Справочник школьника и студента. М.: Дрофа, 1999.

Войткевич Г. В. Возникновение и развитие жизни на Земле. М.: Наука, 1988.

Реймерс Н. Ф. Популярный биологический словарь. М.: Наука, 1991.

Опарин А. И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. М. 1968